국내 연구진이 전기가 통하는 액체금속을 미세 파우더 형태로 구현, 다양한 표면 위에 회로를 직접 그릴 수 있는 전자 소재 기술을 개발했다. 차세대 유연 전자기기 구현에 새로운 가능성을 제시했다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 박인규 기계공학과 석좌교수팀이 김혜진 한국전자통신연구원(ETRI) 박사팀과 '액체금속 파우더' 기반 전자 소재 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
기존 액체금속은 표면장력이 매우 크고 대부분 표면에서 잘 퍼지지 않아 원하는 위치에 정밀 회로를 만들기 어렵고, 쉽게 번지거나 뭉쳤다. 별도 표면 처리나 추가 공정이 필요해 활용에 제약이 있었다.
연구팀은 액체금속을 미세한 파우더 형태로 만드는 새로운 방식을 개발했다. 이 파우더는 액체금속 입자를 얇은 산화막(산소와 반응해 표면에 형성되는 막)이 감싸고 있는 구조다. 평소에는 전기가 통하지 않는데, 가벼운 물리 자극을 주면 산화막이 깨지면서 내부 금속이 연결돼 전기가 흐른다.
기술의 가장 큰 특징은 장소·재질 제약이 거의 없다는 점이다. 별도 열처리 없이 종이, 유리, 플라스틱은 물론 섬유나 살아있는 나뭇잎 표면에도 회로를 구현할 수 있다. 번짐, 침전, 패턴 변형 문제를 크게 줄여 다양한 표면에서 안정적인 회로 제작이 가능해졌다.
복잡한 장비 없이도 다양한 표면에 정밀 회로를 만들 수 있어 웨어러블 헬스케어, 소프트 로보틱스, 유연 전자소자 등 차세대 전자기기 분야에서 활용될 것으로 기대된다.
사용이 끝난 회로는 물에 녹여 분해한 뒤 간단한 화학 처리를 거쳐 액체금속을 다시 회수할 수 있다. 회수된 금속은 다시 파우더 형태로 만들어 재사용할 수 있다. 또 상온에서 1년 이상 보관해도 성능을 유지하며 수만 번 굽히거나 비틀어도 회로가 끊어지지 않는다.
박인규 석좌교수는 “이번 연구는 전자회로를 그림을 그리듯 직관적으로 만들 수 있게 했을 뿐 아니라 재활용까지 가능하다는 점에서 의미가 크다”며 “입는 컴퓨터나 형태가 변하는 적응형 IoT 시스템 등 다양한 분야에서 활용될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈에 지난 12월 9일 온라인 게재됐고, 후면 표지 논문으로 선정됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
